CN110081220B - 基于长距离丝传动原理的旋转开合微型阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于长距离丝传动原理的旋转开合微型阀，包括微型阀主体结构及微型阀驱动系统，微型阀主体结构包括外阀体、阀套、阀芯、端部接头、驱动丝；外阀体、阀套、阀芯为圆柱形套筒结构，三者依次同轴连接，阀套内表面与阀芯外表面配合，确保阀芯与阀套之间可发生绕着心旋转的的相对运动；驱动丝的一端连接在阀芯的端部孔上并穿过阀芯内部、端部接头内部后从端部接头一侧穿出与微型阀驱动系统连接。本发明微型阀主体结构仅有阀芯与阀套两部分组成与配合，大大简化了结构，结构简单，易制得，且简单的套筒式的结构相对容易缩小尺寸，减轻重量，可以应用于小型的器械结构中。

Description

基于长距离丝传动原理的旋转开合微型阀

技术领域

本发明涉及于医疗领域器件技术领域，特别是涉及一种基于长距离丝传动原理的旋转开合微型阀。

背景技术

随着微创手术的兴起，医疗机器人逐渐向着集成化与小型化发展，其中软体机器人正在得到不断的应用。应用于液压驱动的软体机器人系统中的微型开关阀可以进一步的改善系统内部液体的流动与分配，进而使得软体机器人可以取得更好的弯曲效果。

然而，由于应用于医疗领域的软体机器人尺寸比较小，长度比较大，这就需要缩小阀的结构并加长阀与控制部分的距离。此外，出于安全性的考虑，尽量保证主体部分不包含电磁等部分，以防漏电等引发医疗事故。因此，常见的运用电磁开合原理的阀并不太适合应用于医疗领域。

有鉴于此，应用新原理、新方法，研制一种尺寸小，开合方式安全并可以远距离控制的阀，具有重要的工程实际意义。

发明内容

本发明的目的是为了缩小液压机器人中的阀的尺寸，精简阀的结构，实现阀安全的纯机械的控制液压管路的开合，而提供一种基于长距离丝传动原理的旋转开合微型阀，该旋转开合微型阀不仅尺寸小结构简单，并且通过丝传动原理长距离的控制阀的启闭，使得阀中没有电磁机构，大大的提升了安全性。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种基于长距离丝传动原理的旋转开合微型阀，包括微型阀主体结构以及与微型阀主体结构通过软管连接的微型阀驱动系统，所述微型阀主体结构包括外阀体、阀套、阀芯、端部接头、驱动丝；所述外阀体、阀套、阀芯为圆柱形套筒结构，且三者依次同轴连接，阀套内表面与阀芯外表面配合，确保阀芯与阀套之间可发生绕着心旋转的的相对运动；

所述微型阀驱动系统包括L形的管路接头、安装在管路接头一端的橡胶塞、以及与管路接头螺纹连接压紧橡胶寨防止漏水的接头端盖；所述驱动丝的一端连接在阀芯的端部孔上并穿过阀芯内部、端部接头内部、软管内部、管路接头内部、橡胶塞内部、接头端盖内部后从接头端盖一侧穿出，另一端与微型阀驱动系统的减速器通过连接器以过盈配合相连连接。

所述外阀体的一端为可接水路的接头，另一端为未封闭的圆环面，所述圆环面与阀套一端的凸起环结构底面连接，使得阀套与外阀体之间形成液体流动间隙，所述阀套另一端为封闭平面，所述阀套的套筒部分有一垂直于套筒中心线的圆孔式的出液口沟通阀套内外，阀开启时从阀套出液口流出的液体可经外阀体出口接头处流出；所述阀芯套筒部分有一垂直于套筒中心线的圆孔式的出液口沟通阀芯内外，底部小孔与驱动丝紧固连接，通过转动驱动丝带动阀芯旋转，当阀芯出液口与阀套出液口重叠时阀开启。

所述阀芯的一端为与阀套底部封闭平面接触的带有孔的圆平面，另一端为与端部接头底面接触的未封闭的圆环面，两个接触约束限制阀芯的三个移动自由度和两个旋转自由度，使得阀芯仅能绕圆柱中心线做旋转运动。

所述端部接头为套筒结构，基金一端为可接水路的接头，另一端为与阀芯端面接触的圆环平面，并与阀套的凸起环结构连接固定。

所述驱动丝采用镍钛合金丝制成，所述外阀体、阀套、阀芯均为为刚性材料制造。

所述微型阀驱动系统还包括减速器、电动机、蓄电池、水泵、控制器；所述管路接头的一端通过软管与端部接头连接，另一端通过软管与水泵相连接，所述驱动丝穿过管路接头并直线扎出，并且在拐角处有锥形孔和螺纹以便与橡胶塞和接头端盖配合防止漏水；

所述电动机的输出轴通过联轴器与减速器的输入轴相连，所述电动机通过导线分别与蓄电池、控制器相连，以便从蓄电池获得电能并从控制器获得指令信号，所述控制器还通过导线与水泵相连，用于为所述水泵提供指令信号。

所述橡胶塞的形状为锥形，一端有切槽，且中间有供驱动丝穿过的中心孔。

所述接头端盖为类六角头螺栓，中间有供驱动丝穿过的中心孔，接头端盖与管路接头通过螺纹连接，通过拧紧接头端盖按压橡胶塞，使得橡胶塞在管路接头中心孔中移动收缩，最终挤压驱动丝防止漏水。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的微型阀主体结构仅有阀芯与阀套两部分组成与配合，大大简化了结构，结构简单，易制得，并且简单的套筒式的结构相对容易缩小尺寸，减轻重量，可以应用于小型的器械结构中。

本发明采用长距离的驱动丝转动，进而控制阀芯相对于阀套的转动，进而控制微型阀的开启和关闭。此种方式避免了对人体可能存在隐患的电磁等的影响，实现了阀内部纯机械结构的控制以及电源控制部分全部放置于外部，大大提高了安全性，保护了人体健康。

附图说明

图1是本发明的微型阀主体结构的结构原理示意图。

图2是图1中A-A的剖面图。

图3是本发明的旋转开合微型阀的系统结构原理图。

图4是管路接头、橡胶塞与接头端盖装配体剖面图。

图5是橡胶塞的二维图。

图6是图5中的C-C的剖面图。

图7是本发明的阀打开时的状态图。

图8是图7中B-B的剖面图。

图9是本发明的一例应用示意图。

图中：1、外阀体，2、阀套，3、阀芯，4、端部接头，5、驱动丝，6、软管，7、管路接头，8、橡胶塞，9、接头端盖，10、减速器，11、电动机，12、蓄电池，13、水泵，14、控制器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书中，下述用于描述本发明原理的各种实施例只是说明，不应该以任何方式解释为限制发明的范围。参照附图的下述描述用于帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本发明的示例性实施例。下述描述包括多种具体细节来帮助理解，但这些细节应认为仅仅是示例性的。因此，本领域普通技术人员应认识到，在不背离本发明的范围和精神的情况下，可以对本文中描述的实施例进行多种改变和修改。此外，为了清楚和简洁起见，省略了公知功能和结构的描述。此外，贯穿附图，相同参考数字用于相似功能和操作。

如图1和图3所示，本发明包括基于长距离丝传动原理的旋转开合微型阀包括有微型阀主体结构以及微型阀驱动系统结，其中微型阀主体结构包括外阀体1，阀套2，阀芯3，端部接头4，驱动丝5；驱动系统包括管路接头7、橡胶塞8、接头端盖9、减速器10、电动机11、蓄电池12、水泵13、控制器14以及配套导线、气管若干。

如图1所示，外阀体1、阀套2、阀芯3为圆柱形套筒结构，且三者依次同轴连接，阀套2内表面与阀芯3外表面配合，确保阀芯与阀套之间可发生绕着心旋转的的相对运动。阀套2凸起环结构与外阀体1连接使得阀套2与外阀体1之间形成液体流动间隙。阀芯3上带有小孔的圆平面与阀套2底部封闭平面接触，圆孔与驱动丝5固接，另一端未封闭的圆环面与端部接头4底面接触。端部接头4一端类似宝塔式的接头接水路，另一端的圆环平面与阀芯3端面接触，并与阀套2凸起环结构连接固定。驱动丝5与阀芯3固接，并穿过阀芯3内部、端部接头4内部。

如图3所示，驱动丝5采用镍钛合金丝制成，并穿过阀芯3内部、端部接头4内部、软管6内部、管路接头7内部、橡胶塞8内部、接头端盖9内部，并从接头端盖9一侧穿出，另一端与减速器10通过连接器以过盈配合相连。管路接头7形状为L形，一端通过软管与端部接头4连接，另一端通过软管6与水泵13相连接。电动机11的输出轴通过联轴器与减速器10的输入轴相连，且通过导线分别与蓄电池12、控制器14相连，以便从蓄电池12获得电能并从控制器14获得指令信号。水泵13向系统输送压力液体，并从控制器14获得指令信号。

如图4所示，管路接头7采用金属材料制得，形状为L形，并且拐角处有锥形孔和内螺纹分别与橡胶塞和接头端盖配合防止漏水。橡胶塞8采用橡胶制得，形状为锥形，中间有供驱动丝穿过的中心孔。接头端盖9为类六角头螺栓，中间有供驱动丝5穿过的中心孔。接头端盖9与管路接头7通过螺纹连接，通过拧紧接头端盖9按压橡胶塞8，然后橡胶塞8在管路接头7中心孔中移动收缩，最终挤压驱动丝5防止漏水。

如图5-6所示，橡胶塞的形状为锥形，在小端面中心处有一垂直于端面的切槽，以便橡胶塞收缩挤压驱动丝5防止漏水，并且中间有供驱动丝5穿过的中心孔。

如图1所示，此时阀套2上出液口圆孔与阀芯3上出液口圆孔不重叠，经端部接头4进入阀芯3里的液体便无法从出液口流入外阀体1流动间隙中，通道关闭，此时为设计的微型阀关闭状态。

图2显示了微型阀关闭状态时阀套2上出液口圆孔与阀芯3上出液口圆孔的相对位置情况。

图7为控制电动机开启后，驱动丝控制阀作为单向阀打开时的状态。通过控制电动机与减速器的旋转，进而带动驱动丝旋转四分之一圈等，最终使得阀芯3旋转合理的角度。此时阀套2上出液口圆孔与阀芯3上出液口圆孔重叠，经端部接头4进入阀芯3里的液体从出液口流入外阀体1流动间隙中，最终通过外阀体1另一端的接头流入后续的结构中。

图8是图7中B-B的剖面图，显示了微型阀开启状态时阀套2上出液口圆孔与阀芯3上出液口圆孔的相对位置情况。

图9显示了本发明应用于人体医疗器械的其中一种示意图，此医疗器械为一种胃窥镜，是通过液压膨胀弯曲驱动的软体机器人结构，微型阀通过两端的宝塔结构与软体部分孔径相连，通过控制微型阀的开合使得器械可以分段弯曲，进而可以进行胃部扫描以及诊断，驱动丝5穿过器械内部连接位于人体外的驱动系统。

从上述技术方案中可以看出，本发明提供的的基于长距离丝传动原理的旋转开合微型阀具有以下有益效果：

本发明设计的微型阀主体结构仅有两部分组成与配合：阀芯与阀套，大大简化了结构，结构简单易制得并且简单的套筒式的结构相对容易缩小尺寸减轻重量，可以应用于小型的器械结构中。

采用长距离的驱动丝转动，进而控制阀芯相对于阀套的转动，进而控制微型阀的开启和关闭。此种方式避免了对人体可能存在隐患的电磁等的影响，实现了阀内部纯机械结构的控制以及电源控制部分全部放置于外部，大大提高了安全性，保护了人体健康。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.基于长距离丝传动原理的旋转开合微型阀，其特征在于，包括微型阀主体结构以及与微型阀主体结构通过软管连接的微型阀驱动系统，所述微型阀主体结构包括外阀体、阀套、阀芯、端部接头、驱动丝；所述外阀体、阀套、阀芯为圆柱形套筒结构，且三者依次同轴连接，阀套内表面与阀芯外表面配合，确保阀芯与阀套之间可发生绕着轴心旋转的相对运动；

所述微型阀驱动系统包括L形的管路接头、安装在管路接头一端的橡胶塞、以及与管路接头螺纹连接压紧橡胶寨防止漏水的接头端盖；所述驱动丝的一端连接在阀芯的端部孔上并穿过阀芯内部、端部接头内部、软管内部、管路接头内部、橡胶塞内部、接头端盖内部后从接头端盖一侧穿出，另一端与微型阀驱动系统的减速器通过连接器以过盈配合相连接。

2.如权利要求1所述基于长距离丝传动原理的旋转开合微型阀，其特征在于，所述外阀体的一端为可接水路的接头，另一端为未封闭的圆环面，所述圆环面与阀套一端的凸起环结构底面连接，使得阀套与外阀体之间形成液体流动间隙，所述阀套另一端为封闭平面，所述阀套的套筒部分有一垂直于套筒中心线的圆孔式的出液口沟通阀套内外，阀开启时从阀套出液口流出的液体可经外阀体出口接头处流出；所述阀芯套筒部分有一垂直于套筒中心线的圆孔式的出液口沟通阀芯内外，底部小孔与驱动丝紧固连接，通过转动驱动丝带动阀芯旋转，当阀芯出液口与阀套出液口重叠时阀开启。

3.如权利要求2所述基于长距离丝传动原理的旋转开合微型阀，其特征在于，所述阀芯的一端为与阀套底部封闭平面接触的带有孔的圆平面，另一端为与端部接头底面接触的未封闭的圆环面，两个接触约束限制阀芯的三个移动自由度和两个旋转自由度，使得阀芯仅能绕圆柱中心线做旋转运动。

4.如权利要求3所述基于长距离丝传动原理的旋转开合微型阀，其特征在于，所述端部接头为套筒结构，基金一端为可接水路的接头，另一端为与阀芯端面接触的圆环平面，并与阀套的凸起环结构连接固定。

5.如权利要求1所述基于长距离丝传动原理的旋转开合微型阀，其特征在于，所述驱动丝采用镍钛合金丝制成，所述外阀体、阀套、阀芯均为刚性材料制造。

6.如权利要求1所述基于长距离丝传动原理的旋转开合微型阀，其特征在于，所述微型阀驱动系统还包括减速器、电动机、蓄电池、水泵、控制器；所述管路接头的一端通过软管与端部接头连接，另一端通过软管与水泵相连接，所述驱动丝穿过管路接头并直线扎出，并且在拐角处有锥形孔和螺纹以便与橡胶塞和接头端盖配合防止漏水；

所述电动机的输出轴通过联轴器与减速器的输入轴相连，所述电动机通过导线分别与蓄电池、控制器相连，以便从蓄电池获得电能并从控制器获得指令信号，所述控制器还通过导线与水泵相连，用于为所述水泵提供指令信号。

7.如权利要求6所述基于长距离丝传动原理的旋转开合微型阀，其特征在于，所述橡胶塞的形状为锥形，一端有切槽，且中间有供驱动丝穿过的中心孔。

8.如权利要求6所述基于长距离丝传动原理的旋转开合微型阀，其特征在于，所述接头端盖为类六角头螺栓，中间有供驱动丝穿过的中心孔，通过拧紧接头端盖按压橡胶塞，使得橡胶塞在管路接头中心孔中移动收缩，最终挤压驱动丝防止漏水。

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